一种用于抽油泵的排气防砂装置的制作方法

技术领域：

本发明涉及的是油田采油工程装置领域，具体涉及的是一种用于抽油泵的排气防砂装置。

背景技术：

随着油田开采的深入，我国部分油田已经进入了高含水、含砂、含气的“三高”阶段，致使传统抽油泵在使用过程中的问题得以暴露，结构简单，只适用于抽汲不含杂质、少量气体的液态流体，不适于气-固-液三相乃至多相共存的情况。对此，需要研究一种使抽油泵工作时适用于高固比、高气比的排气防砂装置。

以目前油田开采的重要设施柱塞抽油泵为例，工作过程中，泵筒与柱塞之间运行时往往存在滑动摩擦，在抽油过程中，原油中富含的砂相和油井中的杂物等固相，如运行抽汲到泵筒中，长期便会导致柱塞严重偏磨，偏磨一旦发生，一方面会破坏柱塞表面以及局部的磨蚀现象发生，另一方面会造成局部的热胶合现象，大大缩短了抽油泵的使用寿命。而气相存在时，传统柱塞抽油泵泵内压力会发生改变，在吸入和排出过程中，泵中的气体体积会发生改变。上冲程时，由于泵内压力减小，液体中的凝析气和溶解气会从液体中分离出来，原有的游离气体膨胀，会对柱塞泵吸入过程产生影响；下冲程时，泵内空间减小，压力增大，部分凝析气和溶解气可能会重新溶于液体，影响游动阀和固定阀的开启和关闭。长期如此往复工作，严重时会发生气锁现象，造成泵效降低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于抽油泵的排气防砂装置，这种用于抽油泵的排气防砂装置用于解决目前抽油泵运行过程中普遍存在砂卡及气锁等问题，从而导致抽油泵的抽油效率和使用寿命降低的现象。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于抽油泵的排气防砂装置包括柱塞、泵筒、接头、固定阀总成、排气分离器、防砂结构总成，柱塞在泵筒内，游动阀球在柱塞阀球座中，泵筒下端连接固定阀总成上端出液口，固定阀总成下方来液入口处设置防砂结构总成；

固定阀总成包括出油壳体、固定阀下接头、固定阀球、出油阀罩，固定阀下接头设置于出油壳体下端口，出油阀罩卡扣在固定阀下接头上，固定阀下接头与出油阀罩通过出油阀导向孔相通，固定阀球设置于出油阀导向孔处，出油壳体被分隔为左半部和右半部，出油阀罩将左半部和右半部的底部封闭，出油阀罩与右半部通过出油阀导向孔相通，右半部具有封盖，排气分离器吊装在右半部，排气分离器出口与井筒相通，左半部与右半部通过出油孔相通；排气分离器与右半部形成的空腔为排气腔，排气分离器是由螺旋分离叶片、排气锥段、排气尾管段从下至上构成的回转体，排气锥段、排气尾管段均沿周向均匀布置出气孔；

防砂结构总成包括重力沉降筒、离心沉砂器，重力沉降筒为下端封闭的筒体，其具有环形沉砂腔和离心沉砂腔，环形沉砂腔包绕在离心沉砂腔外且相通，离心沉砂器设置于离心沉砂腔中，重力沉降筒上部设置来液入口盘。

上述方案中离心沉砂器由直筒段和扩径段一体构成的开放筒体，扩径段位于直筒段的下面，扩径段上部均匀设置有沉砂器切向出砂口，扩径段内壁间隔交错设置离心分离叶片，每个离心分离叶片上均匀设置叶片排气孔。

上述方案中排气腔的形状与倒置的排气分离器形状相仿，经螺旋分离叶片的旋流作用，轻质相的气相会聚集在排气尾管段和排气锥段附近，排气腔会进一步利于气相在排气尾管段与排气锥段的聚集，从而使气体经排气尾管段出气孔与排气锥段出气孔排出泵筒，有利于泵的高效工作。

上述方案中环形沉砂腔由沉砂i级腔和沉砂ii级腔构成，其中来液入口盘与沉砂i级入口之间的区域形成了沉砂i级腔，沉砂i级入口与沉砂ii级入口之间的区域形成了沉砂ii级腔，沉砂i级腔13i与沉砂ii级腔13ii共同组成了重力沉降筒的有效沉砂空间；二级沉砂筒的上端设置渗流孔，渗流孔与离心沉砂器之间的环空区域形成了离心沉砂腔，离心沉砂腔为离心沉砂器的有效沉砂空间。重力沉砂空间与离心沉砂空间共同组成了防砂结构总成。

上述方案中柱塞在抽油电机的推动下在泵筒内做上下往复的运动，上冲程时，固定阀球打开，采出液经重力沉砂i级腔、沉砂ii级腔先基于砂相自身的重力起到初步的防砂作用，含有相对少量砂相的采出液再经离心沉砂器起到进一步的防砂效果，从离心沉砂器出来的采出液中含有大量的凝析气和溶解气，经排气分离器的旋流分离作用排入井筒，液体进入泵筒内；下冲程时，固定阀球关闭，泵筒挤压液体和气体进入到排气腔，经排气分离器旋流分离作用，排出泵腔内少量的气体；如此循环往复，使柱塞抽油泵起到了排气防砂的目的，从而提高泵效，延长泵的使用寿命。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明保证了抽油泵在工作过程中，有效防砂的同时也起到了关键性的排气作用，会显著降低泵内经常出现的砂卡及气锁等现象的发生。

2.本发明提出了一种用于抽油泵的排气防砂装置，以解决目前油田开采阶段遇到的技术难题。

3.本发明在泵筒下方设置的排气结构总成，以及在固定阀总成下方来液入口处基于重力和离心分离组合形式的防砂结构总成，在达到有效防砂效果的同时又起到了排气作用，降低了泵在工作过程中经常发生的砂相堆积引起的砂卡问题以及气相聚集引起的气锁问题。

四、附图说明：

图1是本发明一种用于抽油泵的排气防砂装置结构示意图。

图2是本发明一种用于抽油泵的排气防砂装置中离心沉砂器的局部放大示意图。

图3是本发明一种用于抽油泵的排气防砂装置中排气分离器的结构示意图。

图1中1.抽油杆2.柱塞3.泵筒4.游动阀球5.排气分离器5-1.排气尾管段5-2.排气锥段5-3.螺旋分离叶片5a.排气尾管段出气孔5b.排气锥段出气孔5i.排气腔6.出油阀罩6a.出油阀导向孔7.固定阀球8.固定阀下接头9.出油壳体9a.出油孔10.离心沉砂器10i.离心沉砂腔11.沉砂器切向出砂口12.离心分离叶片12a.离心分离叶片排气孔13.重力沉降筒13a.渗流孔13b.来液入口盘13c.沉砂i级入口13d.沉砂ii级入口13i.沉砂i级腔13ii.沉砂ii级腔14.井筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，这种用于抽油泵的排气防砂装置包括柱塞2、泵筒3、接头、固定阀总成、排气分离器5、防砂结构总成构成，游动阀球4在柱塞阀球座中，柱塞2在泵筒3内部，泵筒3下端连接出油壳体左半部泵腔上端口，固定阀总成下方来液入口处设置防砂结构总成。

固定阀总成包括出油壳体9、固定阀下接头8、固定阀球7、出油阀罩6，固定阀下接头8设置于出油壳体9下端口，出油阀罩6下端与固定阀下接头8连接，出油阀罩6卡扣在固定阀下接头8上，出油壳体9再与固定阀下接头8以及出油阀罩6连接。固定阀下接头8与出油阀罩6通过出油阀导向孔6a相通，出油阀罩导向孔6a便于控制采出液先进入排气分离腔，，固定阀球7设置于出油阀罩6，且位于出油阀导向孔6a处，出油壳体9被分隔为左半部和右半部，出油阀罩6将左半部和右半部的底部封闭，出油阀罩6与右半部通过出油阀导向孔6a相通。

泵筒3下端与出油壳体9左半部安装，出油壳体9右半部具有封盖，排气分离器5经螺纹旋拧与出油壳体9右半部连接，排气分离器5上端尾管段5-1与排气锥段5-2表面周围进行钻孔处理，形成排气尾管段出气孔5ba和排气锥段出气孔5b，排气分离器5下端分布螺旋分离叶片5-3。排气分离器5出口与井筒14相通，左半部与右半部通过出油孔9a相通；排气分离器5与右半部形成的空腔为排气腔5i，排气分离器5是由螺旋分离叶片5-3、排气锥段5-2、排气尾管段5-1从下至上构成的回转体，排气锥段5-2、排气尾管段5-1均沿周向均匀布置出气孔。排气分离器5整体借鉴拉法尔喷管结构形式，采用变径圆管连接而成，排气分离器5将出油壳体9右半部隔离成了与倒置的排气分离器5形状相同的空间，即排气腔5i；经螺旋分离叶片5-3的旋流作用，轻质相的气相会聚集在排气尾管段5-1和排气锥段5-2附近，两侧倒置的排气腔5i会进一步利于气相在尾管段与锥段的聚集，从而使气体经排气尾管段出气孔5a与排气锥段出气孔5b排出泵筒，有利于泵的高效工作。

防砂结构总成包括重力沉降筒13、离心沉砂器10，重力沉降筒13为下端封闭的筒体，其具有环形沉砂腔和离心沉砂腔10i，环形沉砂腔包绕在离心沉砂腔10i外且相通，离心沉砂器10设置于离心沉砂腔10i中，重力沉降筒13上部设置来液入口盘13b。来液入口盘13b与沉砂i级入口13c之间的区域形成了沉砂i级腔13i，沉砂i级入口13c与沉砂ii级入口13d之间的区域形成了沉砂ii级腔13ii，沉砂i级腔13i与沉砂ii级腔13ii共同组成了重力沉降筒13的有效沉砂空间。渗流孔13a与离心沉砂器10之间的环空区域形成了离心沉砂腔10i，离心沉砂腔10i为离心沉砂器10的有效沉砂空间。重力沉砂空间与离心沉砂空间共同组成了防砂结构总成。

固定阀下接头8与离心沉砂器10相连，整个离心沉砂器10置于重力沉降筒13内。最终整个排气防砂式柱塞抽油泵下入泵筒3内部。离心沉砂器10由直筒段和扩径段一体构成的开放筒体，扩径段位于直筒段的下面，扩径段上部均匀设置有沉砂器切向出砂口11，扩径段内壁间隔交错设置离心分离叶片12，每个离心分离叶片12上均匀设置离心分离叶片排气孔12a。

本发明工作时，柱塞2在电机带动下做上下往复运动，当柱塞2向上运动时，泵筒3内空间变大，压力减小，游动阀球4关闭，固定阀球7在沉没度与泵腔内压差作用下打开，采出液由来液入口进入重力沉砂i级腔13i，一部分砂相由于自身重力，沉降在沉砂i级腔13i底部，逐渐上升的采出液经沉砂i级入口13c进入到沉砂ii级腔13ii中，此时同样会有部分砂相由于自身重力，沉降在沉砂ii级腔13ii底部，此时含有少量砂相的采出液经沉砂ii级入口13d进入到离心分离腔，两侧的沉砂ii级入口13d相当于两个切向进液的入口，使采出液以一定的切向速度向上部运动，当进入到离心沉砂器10内部，经离心分离叶片12会进一步的加速旋转，此时的砂相会由于离心作用，紧贴边壁处运移，从而从沉砂器切向出砂口11甩出，砂相进入到离心沉砂腔10i中，离心沉砂腔10i上端设置了渗流孔13a，防止沉砂腔砂相以及采出液的沉积，从而可以渗流回沉砂ii级腔13ii中，并且对离心分离叶片12进行了钻孔处理，使其体内存在一定数量的离心分离叶片排气孔12a，便于采出液内部的气体向上运动，更好的流入下一部分的气液分离腔，进行气液的分离。此时经过有效防砂未经排气的采出液通过固定阀球7进入到出油阀罩6内，采出液经出油阀导向孔6a进入到排气腔5i，此时的含气采出液，经过螺旋分离叶片5-3的旋流分离作用，气相聚集在排气分离器5的排气尾管段5-1和排气锥段5-2表面，聚集的气体经排气尾管段出气孔5a和排气锥段出气孔5b排出泵筒外，由于旋流分离原理，在边壁附近运动的液体经出油孔9a进入泵腔内，降低了采出液中的凝析气和溶解气。当柱塞2向下运动时，泵筒3内空间减小，游动阀球4在压力下打开，固定阀球7关闭，泵筒挤压含气采出液进入到排气腔5i，经排气分离器5旋流分离作用，再排出泵腔内少量的气体。如此反复，完成柱塞泵的抽油、排气、防砂工作。

本发明使抽油泵工作过程中既可排气又可防砂，显著降低了泵内经常出现的砂卡及气锁等问题的发生。